火电厂空气预热器堵塞治理技术研究——以高压在线水冲洗系统为例

王鹤麒

（中国大唐集团科学技术研究院有限公司，北京 100040）

我国目前所应用的空气预热器，一般是管式空气预热器、回转式空气预热器、热管式空气预热器和暖风器四种形式。在300MW 及以上容量锅炉和部分200MW锅炉，一般采用回转式空气预热器，主要是受热面转动回转式空气预热器[1]。空预器在工作时会接触到锅炉排出的烟气及其中所携带的颗粒型灰尘，长时间灰尘堆积即会形成堵灰。同时，空气预热器在基础锅炉排出烟气中所携带的二氧化硫气体时可能发生腐蚀，腐蚀后的物质也会形成空气预热器的堵灰[2]。

1 项目概况

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司5 号机组空气预热器采用的是豪顿华工程有限公司设计生产的三分仓回转式空气预热器。SCR 脱硝系统改造后空气预热器蓄热元件阻力明显增加，且传统蒸汽吹灰的疏通效果不明显，使锅炉风机运行电耗增加，还会造成风机失速、机组无法满负荷运行等后果，严重影响了机组的安全性和经济性。为解决蓄热元件阻力大的问题，受电厂委托，中国大唐集团科学技术研究院有限公司计划在5 号炉空气预热器中增加一套空气预热器在线高压水冲洗系统，解决蓄热元件堵灰的问题。

2 空气预热器冲洗技术对比

（1）传统蒸汽吹灰器技术。传统蒸汽吹灰器会烟道内烟气的较大波动，造成烟气流程不均，且吹灰效果不明显。吹灰器发生故障时不易排查，不易检修。

（2）离线高压水冲洗技术。离线冲洗需要在机组停机时人为冲洗，运行局限性大。冲洗时不易将整个空气预热器蓄热元件冲洗干净。如果发生过度冲洗，还存在蓄热元件受损的风险。另外离线冲洗水量较大，需同时配套排水措施。

（3）在线高压水冲洗技术。在线高压水冲洗系统满足机组在运行期间对锅炉两侧空气预热器的在线高压冲洗。通过一套PLC 系统，根据机组负荷、空气预热器堵塞程度，对冲洗水压力、冲洗时间以及冲洗周期次数进行调节，满足机组各工况下对空气预热器的冲洗要求。整个冲洗过程平稳流畅，不会对预热元件造成损坏。

3 该工程研究的技术原理

3.1 技术原理

回转式空气预热器积灰的轻重与波纹板的形势和板间间隙的大小有很重要的关系。回转式空气预热器堵塞的产生，往往是由于锅炉吹灰落入的渣块卡在进口板间狭窄通道内，随后再被飞灰沉积物堵塞[3]。当空气预热器发生堵塞时，可采用高压在线水冲洗技术清理空气预热器蓄热片上的堵塞物。整套系统如图1 所示。空气预热器在线高压水冲洗装置主要由一台高压柱塞水泵（可移动，多台机组共用）、动力系统、控制系统、每台空气预热器一套高压枪管和配套的管阀组成。枪管布置在空气预热器冷端蓄热元件下部，枪管要求较高的水平度。清洗喷头为直喷、上冲式，在高速水流强烈的冲击及楔劈作用下，将堵塞物从蓄热元件上剥离，堵塞物经高压水冲洗流下，经排水管放出，在一定的烟温和雾化条件下，大量冲洗水随烟气蒸发，从而使冷段达到清洗目的。

该项目5 号机组空气预热器在线高压水冲洗系统包含一台高压泵车（包含泵车的电控系统）、控制系统（A、B 侧共用）、两套高压喷枪和喷枪执行器（A、B 侧），及供水系统的阀门、仪表等组成。

图1 空气预热器在线高压水冲洗系统示意图

高压泵车可移动，提供额定压力为28 ～35MPa 的水压；高压喷枪布置在空气预热器冷端蓄热元件下部，通过滑轨支撑喷枪和实现喷枪进退；喷枪进退执行器安装在空气预热器烟道外，通过焊接与枪管相连，进退执行器通过升降电机和丝杠按照一定冲洗步进速度和停留时间进行喷吹；整个高压在线水冲洗洗系统就地PLC 控制，预留DCS 接口，可根据业主的需求设计，控制柜配备触摸屏，方便业主操作。

喷枪枪管要求较高的水平度，冲洗喷嘴为线性液注喷嘴，蓄热片上黏附的污垢在高速水流强烈的冲击及楔劈作用下，从蓄热元件上剥离，冲下来的污垢在高压水冲洗流下，经排水管放出。在一定的烟温和雾化条件下，大量冲洗水随烟气蒸发，从而达到冲洗空气预热器的目的。

3.2 系统先进性

（1）该设计可在不停机、不降负荷、非单边隔离的条件下对空气预热器进行冲洗。

（2）高压水供应系统、吹扫系统均配有就地控制柜，能够实现就地控制，也可以耦合到DCS 系统实现远程控制或远程、就地切换。

（3）高压冲洗喷枪安装在空气预热器蓄热片冷段下方，可通过支撑导轨自由滑动，该沿空气预热器转子径向覆盖整个蓄热片，喷枪上部布置两排喷嘴，喷嘴间距布置合理，配合冲洗周期实现无死角冲洗。

（4）喷嘴为线性液注喷嘴，水柱动量高，线性好，能够有效清除空气预热器蓄热片上坚硬的污垢。该设计采用的喷嘴内芯为耐磨陶瓷内芯，其洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能，耐磨性能极好。其耐磨性相当于锰钢的266 倍，高铬铸铁的171.5 倍，解决了目前在线水冲洗喷嘴寿命短的问题。设计冲洗水压力30MPa 时，喷嘴出口流速约250m/s，喷嘴的动量高达354kg.m/s，能够有效清除空气预热器蓄热片上坚硬的污垢，如图2 所示。

图2 冲洗水压力与喷嘴水流速之间的关系

（5）防尘盖布置、喷嘴布置、冲洗运行控制，结合空气预热器蓄热片进行一体化设计。为了防止烟气中的灰尘进入喷嘴，设置防尘盖，当水冲洗装置不投运时，喷嘴退入防尘盖内，保护防尘盖。合理设计防尘盖间距和冲洗程控，使冲洗能够覆盖整个蓄热片，实现无缝冲洗。

（6）独特的执行器箱体面设计和支撑轮设计，方便在线检修、维护。执行器箱体的盖板设计成方便可拆卸的，待检修维护喷枪、执行器时，可方便打开执行器，方便检修、维护。

3.3 实施方案

（1）在空气预热器冷段下方某一位置相应烟道壁打喷枪孔。（2）在空气预热器冷段下方安装喷枪支撑轨道、防尘盖，喷枪轨道借助空气预热器和烟道支撑进行固定。（3）从喷枪孔处安装喷枪，喷枪落在喷枪支撑轨道上，喷枪可以在轨道上自由滑动，方便冲洗时喷枪自由滑动。（4）喷枪进退执行器为一体化设计，整体到厂，预留执行器与喷枪、进水管道接口，安装喷枪执行机构，安装执行机构后，执行机构与喷枪进行焊接。（5）安装管道、控制系统、动力系统、仪表阀门等。

4 防止本系统对自身及其他设备产生影响的措施

（1）空气预热器在线高压水冲洗系统投运后，保证枪管及喷嘴不被烟气磨损或堵塞的措施：①枪管采用耐磨不锈钢，厚度为10mm，提高自身的耐磨性。②系统设计有防尘盖，当系统不投运时，喷嘴置于防尘盖内，防止喷嘴磨损和堵灰。③由于空气预热器的圆周漏风，在枪管穿烟道壁处（烟道内部分），枪管磨损严重，在该处专门设计了防磨瓦。

（2）空气预热器在线高压水冲洗系统投运后，保证空气预热器蓄热元件不被吹损的措施：①采用进口的液注喷嘴，射流线性度好，能保证液注不发生扩散冲刷蓄热片，吹损蓄热片，冲洗时线性液注仅通过蓄热片之间的通道，除去通道内的污垢。②喷嘴射流动量结合蓄热片镀搪瓷工艺进行设计。③结合喷嘴雾化特性及保持合适的喷嘴与蓄热片间距，避免大粒径雾滴直接冲击蓄热片。④空气预热器在线高压水冲洗系统投运后，保证电除尘等设备正常运行不受影响。⑤严密监视冲洗侧空气预热器排烟温度，冲洗过程中该侧排烟温度应平缓下降，下降应控制在10℃以内，控制该侧空气预热器出口排烟温度不低于110℃。⑥洗过程中严密监视电除尘二次电流及排灰情况，控制排烟温度，防止因烟气中腐蚀水大影响电除尘工作。⑦冲洗过程中，监视空气预热器灰斗排灰管道排灰情况，发现灰量过大或灰中带水，及时清理保证排灰畅通。

5 项目效果

经第三方测试，空气预热器高压在线水冲洗系统具有以下性能优势：（1）空气预热器阻力下降：投运前空气预热器阻力为2.5kPa，投运后阻力下降至1.2kPa。（2）系统运行平稳流畅，无卡涩现象。（3）系统灵活性高，可根据实际情况调节冲洗压力和周期。（4）冲洗水量小：在线冲洗时烟气温度在300℃以上，冲洗水随烟气蒸发，无需排水措施。（5）安装简单。本体设备较小，安装工期短。除烟道开孔外，其他设备可在锅炉运行中安装完成。

6 结束语

该项目设计研发的在线高压水冲洗系统投入运行后，机组空气预热器阻力由2.5kPa 降至1.2kPa；系统运行平稳无卡涩，相比同厂其他机组冲洗水系统的稳定性高；PLC 控制系统操作简单，灵活性高，可实时在线调节冲洗时间和次数。与采用其他品牌在线冲洗系统的机组相比，单台机组节约投资30 ～45 万元；与离线水冲洗相比，离线水冲洗单台机组运行成本40 万元/年，高压在线水冲洗系统单台机组运行成本仅2 万元/年，且能够避免因空气预热器堵塞造成非计划停机（若因空气预热器堵塞造成非计划停机，电厂直接经济损失在50万/次左右）。因此，高压在线水冲洗系统以较低的投入达到了最佳的性能效果，是治理燃煤电厂空气预热器堵塞的最直接、有效、经济的技术方案。